基于复合相变材料的电池组散热性能分析

首先对某21700三元锂离子电池进行了内阻和物性实验,之后建立单体锂离子电池自然对流散热模型并进行验证,最后基于膨胀石墨/石蜡复合定型相变材料设计了电池组散热结构。通过数值模拟方法,分析了相变材料散热的有效性,阐述了相变材料的热物性和环境温度对散热性能的影响。石墨的含量应适中,相变材料的热导率达到一定程度后,相变焓值和比热对散热性能的影响更大。环境温度升高则相变材料的潜热消耗越快,无法达到电池组的散热要求。     

动力锂离子电池热管理技术研究进展

热管理系统可确保动力锂离子电池的运行安全,其中冷却技术是主要方面。分析锂离子电池热失控发生过程,总结空气冷却、液体冷却、热管冷却、相变材料冷却和复合冷却等热管理技术的研究现状,提出动力锂离子电池热管理技术的发展方向。空气冷却和液体冷却技术存在控温效果较差、消耗额外能量等缺点;热管冷却具有成本较高、结构复杂等不足;相变材料冷却可降低锂离子电池的峰值温度,提高电池组的温度均匀性;复合冷却可综合各冷却方式优点,应用前景良好。     

基于密胺吸附型相变材料的散热性能优化研究

锂离子电池具有循环寿命长、安全性能好、自放电量小等优点,被广泛应用于电动汽车及储能等领域.然而,由于电池组间的散热和温度不一致,热失控事故时有发生.通过制备密胺吸附型复合相变材料并将其应用在电池模组中进行热管理,结合SolidWorks和Comsol软件,分析了不同厚度、不同导热系数下相变材料对单体电池和电池模组温度分布规律的影响;并建立了密胺吸附型相变材料的电池散热模型,采用实验与模拟相结合的方法优化其散热性能.研究结果表明,当锂电池以5 C放电时,相变材料层的厚度应大于2.5 mm,电池模组的温度可控制在43℃以内;当相变材料的导热系数提高到2.5 W/(m·K)时,电池模组最大温差减小到1.2℃.综上可知,本研究所开发的密胺吸附型复合相变材料作为被动热管理技术展现出良好的控温效果,在电动汽车及储能领域具有重要的应用价值.     

水合盐相变材料用于锂离子电池热管理

锂离子电池的性能对温度很敏感。由于高倍率放电带来的温度变化较大,对电池热管理的要求越来越高。为调控电池的最高温度及温度均匀性,制备水合盐相变材料。该相变材料由三水醋酸钠、甘氨酸、十二水磷酸氢二钠构成的共晶水合盐和膨胀石墨组成。当添加质量分数5.0%的膨胀石墨时,材料的相变温度和相变焓分别是45.31℃和196.17 J/g,热导率为1.60 W/(m·K),且抗泄漏能力较好。在室温(25℃)下,当放电倍率为2 C时,采用相变冷却,单体电池的最大温差为0.21℃,电池组的最高温度控制在55℃以内,电池组间的最大温差为2.41℃,分别比空气冷却降低了89.55%、22.24%和77.46%。与空气冷却相比,相变冷却可提高电池组在高倍率放电时的温度均匀性,并使其处于合适的温度范围。     

风冷式CPCM锂离子电池热管理系统性能分析

针对圆柱形锂离子电池,提出一种风冷式膨胀石墨(EG)石蜡复合相变材料(CPCM)电池模组散热结构.建立了该电池模组的热仿真模型并进行数值模拟,结果表明,EG的质量分数为12％时,电池模组的最高温度及温差同时达到最低值;电池模组进行连续1C充电/3C放电充放电循环,空气流速为3m/s时,在两次充放电循环过程中,每一个时刻都能将电池模组的最高温度及温差控制在合适的工作范围内.在环境温度为37℃时,该热管理系统能将电池模组的最高温度控制在50℃以内,温差控制在5℃以下.     

冷却和蓄热结合的动力电池组热管理系统模型

针对当前电动汽车动力电池组的相变冷却问题,设计了一种将冷却、导热和蓄热结合的电池热管理系统。创建基于相变材料熔化实验验证的电池组及其热管理系统仿真模型。通过对模型中不同电池间距、不同导热结构、不同蓄热结构的冷却效果模拟,得出了优化模型参数,分析了优化模型在低温情况下的保温效果,验证该结构设计的电池组及热管理系统冷却与保温功能良好。     

泡沫铝/石蜡PCM对锂电池组峰值温度的影响

泡沫铝/石蜡由于兼具较高相变潜热以及导热率,被认为是一种很有发展前景的散热材料。建立了电动汽车锂离子电池的三维热仿真模型,在仿真研究的基础上对电池组散热系统的电池排布与泡沫铝孔隙率进行了有交互作用的正交实验。用极差分析法和方差分析法得出这些参数及相应交互作用对电池组峰值温度的影响,确定了电池组散热系统的最优参数,仿真后的结果表明优化后的电池组散热性能良好。     

基于风冷散热的锂电池热管理数值模拟研究

圆柱形锂离子电池布置方式和热物性参数对电池的热特性及安全性具有重要影响.首先建立了18650型LiFePO4单体电池产热模型以及电池组散热模型,分析了排布方式、电池间距等电池模块几何参数以及径向导热系数等热物性参数对电池模块散热特性的影响.结果表明,电池的间距越大,其平均温度越低,温差越小,散热效果越好;单就冷却效果而...     

极端工况下动力锂电池模组散热特性研究

针对基于膨胀石墨/石蜡复合相变材料(composite phase change material, CPCM)电池模组在极端工况下的散热性能问题，提出采用高导热石墨片(graphite sheets, GS)来提高方型动力锂电池模组在大倍率充放电循环工况下的热管理性能，建立了基于CPCM/GS电池模组二维热模型，利用曲面响应法探究了大倍率放电工况下石墨质量分数、CPCM压缩密度对电池模组散热性能的影响，以及在充放电循环工况下GS对电池模组温控和温均性能的影响，结果表明随着石墨质量分数和CPCM压缩密度增加，电池模组最高温度和最大温差均减小；在充放电循环阶段，与CPCM模组相比，CPCM/GS模组表现出更好的温控和温均性能。     

锂电池组动态热模型在混合动力汽车中的应用

锂离子电池热模型对于电池单体和热管理系统的设计有着重要的意义,研究串并联组合的锂离子电池组在混合动力汽车系统中的性能和寿命,提出面向控制的电池组动态热模型,该模型能根据电池组当前的环境温度、运行负荷、冷却强度和初始荷电状态实时估计电池组中各单体电池的运行温度。实验利用18650型锂离子电池单体,实现3并3串和3串3并形式的电池组循环充放电,得到单体电池温度分布曲线。仿真比较结果表明,提出的电池组热模型具有较高的估计精度,满足混合动力汽车的热管理系统的设计要求。     

半导体制冷-相变材料保温的电池组热管理

为提高户外基站备用电池组的工作性能、延长使用寿命,需要进行冷却和保温。将半导体制冷(TEC)与相变材料(PCM)保温相结合,对基站用48 V铅酸电池组进行热管理。模拟分析TEC的布置、制冷功率和环境温度对冷却保温效果的影响。TEC设置在电池组前后两侧、制冷功率为170 W时,可降低电池的温度、提高冷却阶段电池组温度场的一致性、延长保温时间。电池组经过连续的冷却保温过程,仍处于最佳工作温度范围,电池充放电时的最高温度可得到抑制。     

复合相变材料用于电池包热管理散热性能分析

相变材料用于电动汽车电池包热管理能够有效控制电池的最高温度,提高电池包的温度均匀性且不需任何寄生能耗;但相变材料导热率较差,不利于电池的散热。制备了膨胀石墨(EG)/石蜡复合相变材料(CPCM),并通过计算得出不同膨胀石墨质量分数下复合相变材料热物性参数的理论值,在此基础上利用数值模拟分析了不同膨胀石墨质量分数下的膨胀石墨/石蜡复合相变材料对电池散热的影响。     

基于半导体制冷-相变材料的电池热管理

相变材料用于锂离子电池冷却时,可能会受环境温度的影响;半导体制冷片用于电池冷却时,通常要对发热端进行液冷,结构较复杂。为解决上述问题并实现优势互补,提出一种半导体制冷片结合相变材料的锂离子电池热管理思路。建立三维传热模型,进行仿真计算。在散热工况下,环境温度分别为25℃、35℃和45℃时,5 C恒流放电的方形(70 mm×27 mm×90 mm)磷酸铁锂锂离子电池的最高温度始终都在60℃以下;在加热工况下,环境温度为-10℃、-20℃时,使本身不产热的电池的最低温度达到0℃,分别需加热223 s、479 s。该热管理结构既可满足电池在不同环境温度下的散热需求,也可实现低温下较好的加热效果。     

液冷泡沫铝PCM对锂电池组峰值温度的影响

石蜡由于具有较高的相变潜热,被认为是一种很有发展前景的散热材料。但由于它的导热率不高,热量不能很好地传递出去,会导致电池超温进而影响电池寿命,甚至发生安全事故。建立了一种新型的泡沫铝/石蜡相变材料与液冷复合式三维热仿真模型,在仿真研究的基础上对电池组散热系统进行改进。对改进后的模型进行仿真,结果表明优化后的电池组散热性能良好。     

基于相变材料的锂离子电池组热管理研究进展

介绍了相变储能材料的特性及分类,分析了锂离子电池组的产热机理及对其进行热管理的必要性。总结了近几年来采用风冷、液冷等热管理系统的研究进展,重点介绍了基于相变材料的热管理系统的优势、存在的问题及其改进方法。针对石蜡等相变材料的导热系数小等缺点,提出了几种强化传热的方案,展望了电池组热管理系统的应用前景。     

锂离子电池模块热模拟仿真

锂离子电池组热行为对电池整体性能发挥起着至关重要的作用,研究电池组热效应对生产实际具有很大意义。基于COMSOL仿真平台建立3×3模块三维热模型,定量分析5 C工作电流条件下的温度分布。研究表明:模块温度呈辐射状由内向外逐渐减小,最高温度集中在中心区域;随着放电进行,电池内部温升逐渐增加,并且单体间温差在可控范围;换热系数为10 W/(m~2·K)条件下,5 C放电可使电池组工作在常温范围,表明在低于此倍率放电下,电池组均可正常工作。     

动力磷酸铁锂电池产热特性研究

分析了锂离子电池的产热机理,并且对不同温度条件下的动力型磷酸铁锂(LiFePO_4)电池的充放电热特性进行了研究。通过对整个锂离子电池组系统的产热特性进行分析计算,同时对GBS-LFMP100Ah型号的磷酸铁锂电池在5、15、25和35℃下的电压在充放电过程中随时间的变化及电池组内部温度与不同环境温度之间的关系的研究得出:锂离子动力电池在25℃时的充放电性能相对于35、15和5℃更好,环境温度的升高会导致电池组内部温度升高,电池组性能下降;通过理论分析与实际实验结果对比,得出影响电池组温度升高的原因,为今后锂电池热管理系统研究及工程设计提供了依据。     

风冷式车用锂离子动力电池包热管理研究

利用CFD软件对串行风冷式18650圆柱锂离子动力电池包的散热效果进行研究,探究了电池排布方式、电池间距及进风口风速对电池包温度场分布的影响,并设计实验对仿真模型进行了验证。仿真结果表明:当电池以2 C放电时,采用顺排排布的方式布置电池最有利于电池组的散热;减小电池间距可以抑制电池组的最高温度,当电池间距为4mm时电池组的温度均匀性达到最优;提高进风口风速能显著提升电池包的散热效果,当风速达到4 m/s时,电池组的最高温度为307.2 K,满足设计要求。     

基于相变材料的方形动力电池散热模拟研究

首先对电池的产热方式进行了分析,然后根据相变问题求解焓法模型以及相关热传导理论,建立了基于相变材料的方形单体电池散热三维热模型。在此模型基础上结合方形电池表面的外形结构,分析了不同相变材料结合方式,不同相变材料用量以及不同表面换热系数对电池工作温度的影响。研究表明:在电池四周包裹相变材料比只在两侧结合的方式具有更好的降温能力,但是两侧结合具有更小的温差;相变材料厚度3 mm或对流换热系数达到21 W/(m~2·K)时,可以使电池的工作温度始终低于50℃,但是继续增大数值取得的效果不明显。     

锂离子电池组热管理系统研究现状

归纳锂离子电池组结构设计的要点,包括冷却介质的流通方式、进出口设置和电池的排列。总结现有电池冷却和预热技术的优缺点。空气冷却系统结构简单、应用广泛,但效果较差;液体冷却系统效果显著,能耗较大、密封要求高;相变材料的应用需要提高导热率和比热容;热管冷却系统结构紧凑,配合风机冷却效果更佳。相对于内部加热系统,电池组外部加热系统结构简单,但加热速度较慢。冷却/加热一体化电池组热管理系统的开发,将是研究的方向。